回转式空气预热器转子变形原因分析及处理措施

梁帮平，张东，刘占淼

(安徽华电宿州发电有限公司，安徽 宿州 234101)

0 引言

某电厂装设2台600 MW超临界燃煤汽轮发电机组，锅炉由东方锅炉集团有限公司制造。每台锅炉配置2台受热面旋转的三分仓回转式空气预热器，根据美国C－E空气预热器公司技术进行设计和制造。空气预热器型号为LAP13494/883，转子直径为13494 mm，质量约592 t，其中转动质量约440 t(约占总质量的75%)。回转式空气预热器为下中心筒驱动，由主电动机驱动，辅助电动机和气动马达备用，转速为 0.99 r/min。

在锅炉运行中，会遇到空气预热器意外跳闸停运或按计划停运进行设备检修的问题，在意外跳闸时，若不能快速恢复空气预热器的运转，则面临转子永久变形的问题。在停运空气预热器时，常规逻辑要求停运该侧空气预热器的送、引风机及一次风机;而在实际运行中，部分正压直吹式制粉系统需要较高的一次风压来维持锅炉运行，单侧一次风机不能满足运行要求。单台一次风机运行时，因一次风压较高，在并风机时极易发生抢风、失速而导致锅炉灭火。作者根据停运空气预热器而不停一次风机的检修经验，摸索出一套快速修正转子变形的技术方案，以保证设备的安全、稳定运行。

1 空气预热器抢修过程

2010年10月28日，该厂运行巡检人员发现#1锅炉1A空气预热器辅助电动机轴承异音，判断为轴承损坏，决定在低负荷时停空气预热器检修、更换轴承。初步方案为:停空气预热器，拆除空气预热器辅助电动机联轴器(7 min)，投运空气预热器，更换轴承后停运空气预热器，连接空气预热器辅助电动机联轴器，正常投运空气预热器，检修工作结束。

抢修过程如下:

2010－10－29 T 01:30，#1A引风机停运。

01:33，#1 A空气预热器主驱动电动机停运，空气预热器停转，空气预热器入口烟门关闭。

01:55，辅助电动机联轴器拆除工作结束，人工盘车发现转子卡涩盘动困难，气动马达、辅助电动机、主电动机启动均不成功，开始人工盘车。

01:56，停运#1A送风机，关闭送风机出口挡板。

01:59，关闭空气预热器出口热一次风挡板。

在抢修过程中，发现空气预热器转子向烟气侧倾斜严重，转子主轴偏移2 mm，与靠近烟气侧的透盖发生无间隙挤压。3个扇形板跟踪装置均提到最高位，但3个扇形板检测到的转子与扇形板之间的间隙差别较大，最大处差别4 mm，转子T形钢已不平直，空气预热器基本盘转不动，由此判断空气预热器转子变形严重。

针对空气预热器转子变形情况，采取了热风倒灌使空气预热器转子均匀回暖的抢修措施。2010－10－30 T 12:20，空气预热器主马达启动成功。在整个检修过程中，2台一次风机未停运。

在抢修过程中，采取各种技术措施后风温情况与转子盘动情况见表1。

从表1可以看出，在二次热风未倒灌前的9 h，转子仅盘动了7/10圈，9 h内故障无减轻迹象。开始热风倒灌的30 min，转子卡涩就有减轻迹象，倒灌1 h后，转子温度基本均匀，盘动已经很灵活，再过30 min后，成功启动了空气马达。热风倒灌的效果非常显著。

表1 抢修过程中采取各种技术措施后风温情况与转子盘动情况(2010－10－30)

2 空气预热器转子变形原因分析

空气预热器正常运行时，各处变形是均匀的，整个转子呈蘑菇状下垂，各处间隙调整合格后，转子不会发生卡涉现象，热态运行时的效果如图1所示。

图1 空气预热器正常运行时的变形

图2 空气预热器非正常停运时的变形

空气预热器不正常停运时，一侧为热态另一侧为冷态，在两端温差下，转子会发生如图2所示的变形:烟气侧高温区转子中心筒向上膨胀，转子外缘向下膨胀，转子在高温烟气侧为蘑菇状变形，低温空气侧不发生变形，整个转子呈扭曲状变形。

空气预热器转子运行时的变形规律为

式中:γ为转子变形量，mm;Δt为预热器冷、热端温差，℃;h为转子高度，m;R为转子半径，m。

转子高度h和转子半径R都是固定的，所以，转子变形量γ与预热器冷、热端温差Δt成正比。

根据公式计算停运时烟气侧和空气侧转子的变形量如下:

烟气侧转子变形量 γ1=(0.006×240/1.9)×6.5 ×6.5=32(mm);

空气侧转子变形量 γ2=(0.006×60/1.9)×6.5 ×6.5=8(mm)。

转子在烟气侧和空气侧的变形量相差24 mm，转子呈扭曲状不对称变形;同时，转子外部的机壳也受温度的影响同步膨胀，烟气侧高温区机壳膨胀大，冷空气侧温度低，机壳几乎不膨胀。当在烟气侧膨胀下垂了32mm的转子转到未膨胀下移的冷空气侧机壳时，发生刮擦、挤压，阻力增大，转子盘动困难。

引起转子变形的原因分析如下:

(1)对检修风险估计不足，对更换轴承抢修时间过于乐观，认为检修工作5～8 min就能结束。根据以往经验，空气预热器停转5～8 min影响不大，不会产生空气预热器变形。抢修时因螺栓锈蚀拆卸困难，辅助电动机联轴器脱开，结果检修耗时达20 min。

(2)在空气预热器停运时，送风机联跳逻辑保护被解除，送风机未能及时停运，冷二次风继续对空气预热器转子降温达23 min;空气预热器出口热一次风门未能及时关闭，冷一次风持续对空气预热器转子降温达26 min。

(3)停运时烟气侧温度为320℃，空气侧温度为2℃，两侧温差太大，加上空气预热器转子自重较大，转子变形严重，不符合停运空气预热器的常规逻辑。

3 处理过程

空气预热器转子发生变形后，该厂立即投入了大量人力进行人工盘车，因转子变形严重，人工盘动极为困难。在气动马达助力的情况下，需要4～5人才能勉强盘动一点，盘车5 h转子仅能盘动90°，从烟气侧热端转动到空气侧的转子被冷风迅速冷却，转子的变形未能改观。

在盘车的前期处理过程中，运行人员试图让热风倒灌入空气预热器，使转子均匀回暖而缩小变形量。通过打开送风机的动叶和出口挡板来进行调节，未见效果，8 h内转子仅能盘动半圈。

经过讨论，分析了热风倒灌无效的原因，决定提高二次风箱风压继续倒灌热风来缓解转子的变形。采取关小燃尽风，关小各层小二次风箱挡板，彻底关闭停用各层燃烧器二次风门的办法来提高风压和流速，以满足炉膛氧量。最终使空气预热器前、后的压差提高到1.3 kPa，热空气开始从二次风道倒流，经过空气预热器、送风机排入大气。空气侧空气预热器转子温度迅速上升，在温度升高到50℃时，为防止送风叶柄轴承的油脂被热空气加热损伤，关闭了送风机的动叶和挡板，在挡板后打开人孔门，使热空气绕开了送风机本体而排往大气。30 min内热风温度与烟气侧温度达到同步，约160℃。由于一次风机通道较小且关闭了空气预热器热一次风出口挡板，热一次风通道内的空气不流通。空气预热器转子内烟气侧和二次风通道侧占空气预热器流通面积的85%，85%的流通面积内转子温度相同，极大缓解了转子的变形量。20 min后转子变形较为均匀，人工盘动大为减轻。再过10 min后，空气预热器气动马达盘车成功。冷一次风的流通面积只占15%，当一次风机不停运，采取热风倒灌措施后，其余85%流通面积内的温度均匀时，对转子变形的影响并不严重，可见，停运空气预热器时，如果条件允许可以不停运一次风机。

4 防范措施

4.1 单台空气预热器停运处理缺陷时常规停运措施

(1)停运该侧送风机、关闭送风机出口挡板及出口联络挡板。

(2)停运该侧引风机，关闭引风机出、入口挡板。

(3)空气预热器继续运转均匀降温，一次风机关小动叶继续运行。

(4)关闭该侧空气预热器出口热一次风挡板、热二次风出口挡板及大二次风箱入口联络门。

(5)严密监视空气预热器出口烟温及空气预热器入口风温，当空气预热器出口烟温小于150℃时，方可停运空气预热器。

4.2 单台空气预热器意外跳闸停运应急抢修措施

(1)立即启动辅助电动机或空气马达驱动，如果不能成功，立即不间断进行人工盘车。

(2)检查该侧空气预热器入口烟气挡板是否关闭严密。

(3)检查该侧送、引风机是否成功联跳，风机出入口挡板是否关闭严密。

(4)关闭该侧空气预热器出口热一次风挡板、热二次风出口挡板及热二次风箱入口联络门。

(5)严密监视该侧空气预热器出口烟温及空气预热器入口风温。当两侧温度偏差超过200℃时，采取下列措施降低空气预热器内部温度偏差:

1)保持该侧空气预热器出口热二次风挡板关闭，打开二次风箱入口联络门。

2)保持该侧送风机出挡板门关闭，打开挡板门后送风机风道人孔门，打通二次风箱热空气倒流通道。

3)适当提高二次风箱压力，促使二次风箱热空气倒流进入空气预热器。

4)保持空气预热器二次风通道内温度与烟气侧烟温同步，降低空气预热器转子的变形。

5)在人工盘动稍微轻松的情况下，尽快投用电动马达和空气马达协同工作，恢复空气预热器的转动。在任何情况下都不要放弃空气预热器的盘动工作，直至启动成功。

5 结束语

空气预热器变形原因大多为:空气侧、烟气侧温差较大，膨胀不均，空气预热器因自重和高温产生变形，转子与机壳间隙变小，摩擦力增大，导致盘动困难。为缓解变形，应尽力使空气预热器转子与机壳受热均匀，可采取热风倒灌的措施，迅速提高空气预热器空气侧温度，使空气预热器转子均匀回暖，减少变形。